Effets radiatifs et d'électrodynamique quantique dans l'interaction laser-matière ultra-relativiste PDF Download
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Author: Mathieu Lobet
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Book Description
Cette thèse a pour objet l'étude de l'interaction laser-matière dans un régime d'éclairement extrême que visent à atteindre plusieurs installations multi-pétawatt en cours de développement (CILEX-Apollon, ELI, IZEST, etc.). Pour un éclairement supérieur à 1022 Wcm-2, la dynamique relativiste des électrons accélérés dans l'onde laser est modiée par un important rayonnement Compton inverse non-linéaire. Au-delà de 1023 Wcm2, les photons ainsi produits peuvent, en interagissant à leur tour avec le champ laser, se désintégrer en paires électron-positron via le mécanisme de Breit-Wheeler non-linéaire. Ces mécanismes d'électrodynamique quantique, dont l'étude expérimentale était jusqu'ici l'apanage des grands accélérateurs de particles, peuvent grandement affecter les mécanismes usuels d'interaction laser-plasma, notamment ceux régissant l'accélération de particules chargées et, par conséquent, le bilan global de l'interaction. Afin de modéliser ce régime inédit d'interaction, qui combine processus collectifs, relativistes et d'électrodynamique quantique, nous avons enrichi des mécanismes précédents le code de simulation particle-in-cell calder développé de longue date au CEA/DIF. L'influence de ces mécanismes est d'abord explorée dans le cas d'une impulsion laser interagissant avec une cible dense de taille micrométrique. Un rendement de conversion de l'énergie laser en photons supérieur à 10% est observée au-dessus de 1023 Wcm-2, tandis que la production d'anti-matière s'emballe, via un mécanisme de cascade, à partir de 1024 Wcm2. Dans un second temps, nous étudions la génération de positrons lors de la collision frontale entre un faisceau d'électrons ultra-relativistes issu d'un accélérateur plasma et une impulsion laser ultra-intense. Dans une dernière partie, nous considérons un scénario prospectif d'intérêt astrophysique, à savoir la collision de plasmas de paires issus de cibles solides irradiées à 1024 Wcm-2 montrant la croissance rapide d'une instabilité de lamentation magnétique combinée à d'intenses effets radiatifs.
Author: Mathieu Lobet
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Cette thèse a pour objet l'étude de l'interaction laser-matière dans un régime d'éclairement extrême que visent à atteindre plusieurs installations multi-pétawatt en cours de développement (CILEX-Apollon, ELI, IZEST, etc.). Pour un éclairement supérieur à 1022 Wcm-2, la dynamique relativiste des électrons accélérés dans l'onde laser est modiée par un important rayonnement Compton inverse non-linéaire. Au-delà de 1023 Wcm2, les photons ainsi produits peuvent, en interagissant à leur tour avec le champ laser, se désintégrer en paires électron-positron via le mécanisme de Breit-Wheeler non-linéaire. Ces mécanismes d'électrodynamique quantique, dont l'étude expérimentale était jusqu'ici l'apanage des grands accélérateurs de particles, peuvent grandement affecter les mécanismes usuels d'interaction laser-plasma, notamment ceux régissant l'accélération de particules chargées et, par conséquent, le bilan global de l'interaction. Afin de modéliser ce régime inédit d'interaction, qui combine processus collectifs, relativistes et d'électrodynamique quantique, nous avons enrichi des mécanismes précédents le code de simulation particle-in-cell calder développé de longue date au CEA/DIF. L'influence de ces mécanismes est d'abord explorée dans le cas d'une impulsion laser interagissant avec une cible dense de taille micrométrique. Un rendement de conversion de l'énergie laser en photons supérieur à 10% est observée au-dessus de 1023 Wcm-2, tandis que la production d'anti-matière s'emballe, via un mécanisme de cascade, à partir de 1024 Wcm2. Dans un second temps, nous étudions la génération de positrons lors de la collision frontale entre un faisceau d'électrons ultra-relativistes issu d'un accélérateur plasma et une impulsion laser ultra-intense. Dans une dernière partie, nous considérons un scénario prospectif d'intérêt astrophysique, à savoir la collision de plasmas de paires issus de cibles solides irradiées à 1024 Wcm-2 montrant la croissance rapide d'une instabilité de lamentation magnétique combinée à d'intenses effets radiatifs.
Author: GERARD.. MALKA
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Languages : fr
Pages : 214
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Book Description
L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST DE COMPRENDRE ET D'ANALYSER LES PROCESSUS PHYSIQUES SUSCEPTIBLES D'ACCELERER DES ELECTRONS A DES ENERGIES RELATIVISTES, LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER ULTRA INTENSE (ECLAIREMENT LASER SUPERIEUR A 10#1#9W/CM#2) AVEC DES ELECTRONS DANS LE VIDE OU UN PLASMA. CES TRAVAUX S'INSCRIVENT DANS LE CADRE DE LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL AVEC LA NOUVELLE APPROCHE DE L'ALLUMEUR RAPIDE. CETTE THESE SE COMPOSE DE TROIS ETUDES EXPERIMENTALES SUR L'ACCELERATION D'ELECTRONS. LES RESULTATS DE CES EXPERIENCES SONT INTERPRETES EN LES COMPARANT A CEUX DONNES PAR DES MODELES THEORIQUES PRESENTES DANS CE RAPPORT : (I) L'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS LE VIDE PAR L'IMPULSION LASER EST MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT. DES ELECTRONS D'ENERGIE INITIALE DE 1 A 10 KEV ENVIRON, SONT ACCELERES A DES ENERGIES VOISINES DE 1 MEV. CES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC DES SIMULATIONS DE PROPAGATION D'ELECTRONS LIBRES SOUMIS A UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE INTENSE, SPATIALEMENT ET TEMPORELLEMENT FINIE. (II) LE ROLE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE DANS LA PRODUCTION D'ELECTRONS RELATIVISTES (0,4 A 3 MEV) LORS DE L'INTERACTION D'UN FAISCEAU LASER ULTRA INTENSE AVEC UN PLASMA SURDENSE ET PRESENTANT UN PROFIL DE DENSITE TRES RAIDE EST ICI DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT EN BON ACCORD AVEC UN MODELE D'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS CE REGIME OU LA TEMPERATURE CHAUDE T#H EST EGALE A L'ENERGIE D'OSCILLATION D'UN ELECTRON DANS LE CHAMP LASER. (III) DANS LE CAS DE L'ACCELERATION D'ELECTRONS (0,5 A 20 MEV), LORS DE L'INTERACTION DU FAISCEAU LASER AVEC UN PLASMA PREFORME SOUS CRITIQUE ET LONG, DEUX TEMPERATURES SUPRATHERMIQUES ET DES CANAUX DE CREUSEMENT DE DENSITE ELECTRONIQUE SONT OBSERVES. CES OBSERVATIONS SONT A PRIORI LA SIGNATURE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE OU DE LA DIFFUSION RAMAN AVANT DANS UN CANAL CREE PAR L'AUTOFOCALISATION PONDEROMOTIVE ET RELATIVISTE DE L'IMPULSION LASER.
Author: BRICE.. QUESNEL
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Languages : fr
Pages : 242
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Book Description
CETTE THESE CONSTITUE UNE ETUDE THEORIQUE ET NUMERIQUE DU COMPORTEMENT EN REGIME RELATIVISTE DE DEUX PHENOMENES NON-LINEAIRES DE LA PHYSIQUE DE L'INTERACTION LASER-PLASMA : LES INSTABILITES PARAMETRIQUES ELECTRONIQUES ET LA FORCE PONDEROMOTRICE. DANS LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE, LA RELATION DE DISPERSION A TROIS DIMENSIONS DES INSTABILITES PARAMETRIQUES ELECTRONIQUES EST ETABLIE POUR UNE ONDE POLARISEE CIRCULAIREMENT SE PROPAGEANT DANS UN PLASMA HOMOGENE ET FROID, SANS LIMITATIONS SUR L'INTENSITE DE L'ONDE NI SUR LA DENSITE DU PLASMA. ELLE EST OBTENUE SOUS FORME D'UN DETERMINANT INFINI ET RESOLUE NUMERIQUEMENT APRES TRONCATURE. LE COMPORTEMENT DES DIFFERENTES INSTABILITES PARAMETRIQUES ELECTRONIQUES EST PRECISE A HAUTE DENSITE ET HAUTE INTENSITE. LES RESULTATS OBTENUS SONT VERIFIES A L'AIDE DE SIMULATIONS NUMERIQUES A DEUX DIMENSIONS, QUI MONTRENT EGALEMENT QUE DANS LEUR PHASE NON-LINEAIRE, CES INSTABILITES PROVOQUENT A HAUTE DENSITE UN VIOLENT CHAUFFAGE DU PLASMA AINSI QUE LA FILAMENTATION ET UNE FORTE ABSORPTION DE L'ONDE. L'INSTABILITE DE WEIBEL EST EGALEMENT BRIEVEMENT ETUDIEE EN REGIME RELATIVISTE. DANS LA DEUXIEME PARTIE DE CE TRAVAIL, NOUS ETABLISSONS UNE EXPRESSION DE LA FORCE PONDEROMOTRICE EXERCEE PAR UNE IMPULSION LASER ULTRA-INTENSE DANS LE VIDE AU VOISINAGE DU FOYER. LA CONDITION DE VALIDITE DE CE CALCUL EST PRECISEE. DANS LE CAS D'UNE IMPULSION DE PROFIL TRANSVERSE GAUSSIEN, PLUSIEURS EXPRESSIONS DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE AU FOYER SONT ETABLIES, QUI CORRESPONDENT A DIFFERENTS DEGRES D'APPROXIMATION. UN CODE NUMERIQUE D'INTEGRATION DES EQUATIONS DU MOUVEMENT D'UN ELECTRON DANS LE CHAMP LASER EST UTILISE AVEC CES DIFFERENTES EXPRESSIONS. IL CONFIRME LA CONDITION DE VALIDITE ET L'EXPRESSION DE LA FORCE PONDEROMOTRICE RELATIVISTE OBTENUES. IL MONTRE L'IMPORTANCE D'UNE DESCRIPTION PRECISE DU CHAMP AU FOYER. CES RESULTATS SONT UTILISES POUR INTERPRETER UNE EXPERIENCE RECENTE ET POUR CRITIQUER D'AUTRES TRAVAUX THEORIQUES DANS CE DOMAINE.
Author: Alexandru Mircea Popa
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ISBN: 9780750339841
Category : Laser-plasma interactions
Languages : en
Pages : 0
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Book Description
The latest generation of high-power pulsed lasers has renewed interest in the ultra-relativistic effects produced by the interaction between laser beams and electrons. Synthesising previous research, this book presents a unitary treatment of the main effects that occur in the ultra-relativistic interactions between laser beams and electrons. It uses exact solutions of relativistic and classical quantum equations, including a new solution of the Dirac equation, to fully describe the field and model the main ultra-relativistic effects created within it.
Author: CARSTEN.. SZYMANOWSKI
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 141
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Book Description
LA RELATIVITE ENTRE EN JEU DANS LES INTERACTIONS LASER-ATOME A PLUSIEURS NIVEAUX. D'UNE PART, ELLE INFLUE SUR LA STRUCTURE ATOMIQUE DEVENANT IMPORTANTE POUR DES IONS MULTICHARGES EXPOSES A UN CHAMP DE HAUTE FREQUENCE. DE L'AUTRE, DANS LES CHAMPS LASERS ULTRA-INTENSES, LES ELECTRONS SONT ACCELERES A DES ENERGIES COMPARABLES A LEUR ENERGIE AU REPOS. DES EFFETS DEPENDANTS DU SPIN DEVIENNENT IMPORTANTS A CAUSE DU CHAMP MAGNETIQUE INTENSE. DES APPLICATIONS DU RAYONNEMENT COHERENT A HAUTE FREQUENCE IMPLIQUENT DES TRANSITIONS MULTIPHOTONIQUES DANS DES COUCHES INTERNES. UNE REPRESENTATION DE LA FONCTION DE GREEN COULOMBIENNE DE DIRAC EN TERMES DE FONCTIONS STURMIENNES A ETE ETABLIE AFIN DE CALCULER DES AMPLITUDES DE TRANSITIONS A DEUX PHOTONS DANS DES SYSTEMES HYDROGENOIDES DE L'ETAT FONDAMENTAL VERS LES COUCHES L ET M. LES EFFETS CONCURRENTS DE L'INTERACTION SPIN-ORBITE ET SPIN-LASER SONT EXAMINES POUR LA SECTION EFFICACE DIFFERENTIELLE DE LA DIFFUSION DE MOTT ASSISTEE PAR LASER. LES DIFFERENCES, DEJA VISIBLES A PARTIR DE 10 1 6 W/CM 2 D'INTENSITE DE LASER INFRAROUGE ET DES ENERGIES D'ELECTRON MODEREE, ENTRE LES SPECTRES DE TRANSFERT D'ENERGIE DANS LES REGIMES RELATIVISTE AVEC (DIRAC-VOLKOV) ET SANS SPIN (KLEIN-GORDON) ET NON-RELATIVISTE (BUNKIN-FEDOROV) SONT DISCUTEES. L'INFLUENCE DU RAYONNEMENT EMIS SUR LE MOUVEMENT DE L'ELECTRON EST EXAMINEE A PARTIR DE LA THEORIE DE LORENTZ-DIRAC CLASSIQUE. UNE AUGMENTATION DU DECALAGE VERS LE ROUGE DU MOUVEMENT DE L'ELECTRON EST BIEN VISIBLE DANS LE SPECTRE HARMONIQUE. LA GENERATION D'HARMONIQUES DES IONS A UN ELECTRON EXPOSES A UN CHAMP LASER INTENSE EST EXAMINEE EN INTEGRANT NUMERIQUEMENT L'EQUATION DE DIRAC UNIDIMENSIONNELLE. EN COMPARAISON AVEC LA THEORIE DE SCHRODINGER RELATIVISTE, UN PEU PLUS DE RAYONNEMENT HARMONIQUE D'ORDRE ELEVE EST PREDIT. CETTE DIFFERENCE EST ATTRIBUEE A LA PRESENCE DES ETATS D'ENERGIE NEGATIVE SELON LA THEORIE DE DIRAC.
Author: Pierre-Gérard David
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Languages : fr
Pages : 185
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Book Description
La thèse dont ce manuscrit fait l’objet traite de deux des possibles applications de l’interaction d’un laser intense avec la matière. La première de ces applications est l’utilisation d’un plasma pour catapulter des particules à des énergies relativistes. Un plasma peut en effet supporter des champs électriques cent, voir mille fois supérieurs à ceux dans les matériaux classiques. Les lasers de puissance permettent d’exploiter cette capacité en engendrant d’importants champs électriques de sillage afin d’accélérer des électrons. Dans le présent manuscrit est étudié en particulier la mise ne place d’un nouveau diagnostic de mesure de durée pour les faisceaux d’électrons obtenus. Le diagnostic est basé sur une technique électro-optique et possède une excellente résolution. Son étude, sa mise en place, ses tests et ses premiers résultats sont présentés. La seconde application que couvre ce manuscrit est l’utilisation d’un plasma comme amplificateur laser, en régime dit de super-radiance. En effet, un amplificateur laser est un élément capable de transférer de l’énergie d’une source extérieure vers l’impulsion laser qui le traverse. Or un plasma, par le biais des ondes qu’il véhicule, est capable de réaliser ce transfert, tout en supportant des intensités bien supérieures aux techniques d’amplification traditionnelles. Si ce domaine d’étude est encore récent, sa maîtrise constitue pourtant un des développements clé qui pourrait conduire la technologie laser vers des seuils d’intensité encore jamais atteint.
Author: Alain Bourdier
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Languages : fr
Pages : 301
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Book Description
CALCULS DE PERTURBATION DANS LA THEORIE DES OSCILLATIONS NON LINEAIRES. NOTION D'INSTABILITE PARAMETRIQUE. PROPAGATION D'UNE ONDE DANS UN PLASMA FROID AVEC "EFFETS RELATIVISTES". INSTABILITES PARAMETRIQUES DUES A DES CONECTIONS RELATIVISTES
